CN201326030Y - 一种多晶硅还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种提炼多晶硅的专用设备，具体涉及一种多晶硅还原炉，它包括带有冷却水腔的炉体、底盘、底盘下的进气管和排气管、底盘上的电极，其中，底盘上的硅芯电极为十五对，一对电极含一个正电极和一个负电极，十五对电极在底盘上沿三个圆周均布设置，即形成三圈电极，外圆周均匀设置九对电极，内圆周和中间圆周上分别均匀设置三对电极，每一周上的正电极和负电极均匀间隔设置，在中间圆周和内圆周上的电极逐一交错连接设置。本实用新型多晶硅还原炉能够提高多晶硅的产量，到节约成本、节约能源、降低能耗。

Description

一种多晶硅还原炉

技术领域

本实用新型涉及一种提炼多晶硅的专用设备，具体涉及一种多晶硅还原炉。

背景技术

多晶硅是最主要的光伏材料，是集成电路硅衬底、新型环保能源太阳能电池的主流材料，也是生产单晶硅的直接原料，是发展信息产业和新能源产业的重要基石。目前国内的多晶硅及多晶硅还原炉市场供不应求，自主供货存在着严重的缺口，95％以上依靠进口，近年多晶硅市场售价的暴涨，已经危及到我国多晶硅下游产业的正常运营，并成为制约我国信息产业和光伏产业发展的瓶颈。

多晶硅还原炉是提炼多晶硅的专用设备，是多晶硅的生长载体，对该产品的质量及精度要求很高，同时多晶硅还原炉又是一个高能耗的设备。因此，还原炉的好坏，以及是否节能，直接影响到产品的质量、性能和成本。

目前国内多晶硅生产企业主要采用改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法生产多晶硅。改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢)，氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在多晶硅还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。所采用的多晶硅还原炉主要是引进德国技术的12对棒还原炉，其主要缺点是：设备生产能力低，产量上不去，物料和电力消耗过大，与国际水平相比，国内多晶硅生产物耗能耗高出1倍以上，产品成本缺乏竞争力。主要原因是国内多晶硅生产企业技术创新能力不强，基础研究资金投入太少，尤其是非标设备还原炉的研发制造能力差。

另外，专利号为ZL200420060144.8、专利名称为“多晶硅还原炉”的中国专利，主要内容是：1)电极为12对，即24个电极，且在底板上沿两个圆周均布设置；2)进气管主要有一个水平环管和9个喷嘴连通构成，其中8个喷嘴位于两圈电极之间、沿同一圆周均布设置在底板上，一个喷嘴设置在底板中心位置。其主要缺点是多晶硅的产量底，成本高、能耗高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够提高多晶硅的产量，并达到节约成本、节约能源、降低能耗的多晶硅还原炉。

实现本实用新型目的的技术方案：一种多晶硅还原炉，它包括带有冷却水腔的炉体、底盘、底盘下的进气管和排气管、底盘上的电极，其中，所述的炉体包括炉体内筒、焊接在炉体内筒顶部的内筒封头、焊接在炉体内筒底部的容器法兰和通过快拆螺栓与容器法兰底部连接的底盘，且炉体内筒、内筒封头、容器法兰和底盘形成炉体内腔体，炉体内筒外套有炉体夹套，炉体夹套顶部焊接夹套封头，炉体内筒和炉体夹套底部焊接在容器法兰上，炉体内筒、炉体夹套、夹套封头和容器法兰形成炉体冷却水腔；底盘上的硅芯电极为十五对，一对电极含一个正电极和一个负电极，十五对电极在底盘上沿三个圆周均布设置，即形成三圈电极，外圆周均匀设置九对电极，内圆周和中间圆周上分别均匀设置三对电极，每一周上的正电极和负电极均匀间隔设置，在中间圆周和内圆周上的电极逐一交错连接设置。

所述的炉体冷却水腔内设有与炉体内筒外壁焊接、与炉体夹套内壁之间留有间隙的炉体冷却导流板，炉体内筒和炉体夹套的侧壁从上至下分布三个观察视镜，从观察视镜够观察到炉体内腔体内硅棒的整体情况，炉体夹套的侧壁外底部设有与炉体冷却水腔相通的炉体冷却水腔进水口，夹套封头顶部中间设有与炉体冷却水腔相通的炉体冷却水腔出水口。

所述的底盘包括底盘上底板、底盘法兰、底盘下底板、冷却水进口和底盘冷却水出口，底盘上底板的底部与底盘法兰焊接，底盘法兰与底盘下底板焊接，且底盘上底板、底盘法兰和底盘下底板形成底盘水冷却腔，冷却水进口为双层套管，冷却水进口的内层管一端贯穿底盘上底板和底盘下底板、且与炉体内腔体相通，起反应气体出口的作用，冷却水进口的外层管一端与底盘水冷却腔相通，起到冷却水进口的作用；冷却水进口的另一端悬置在底盘下底板底部；反应气体进气喷嘴共七个，其中，一个喷嘴设置在底盘中心位置，其余六个喷嘴位于外圆周电极和中间圆周电极之间，且喷嘴方位与内圆周上电极的分布一致，同时六个喷嘴沿同一圆周均布设置在底盘上，冷却水进口、同时也是反应气体出口，设置在邻近底盘中心的位置处。

本实用新型的有益效果在于：正负电极在底盘上圆周上逐一间隔设置而且空间距离紧凑，这样，整个电场在炉体横截面上分布非常均衡，因而，有利于十五对电极上的三十个硅芯在均衡电场强度的作用下，均匀地沉淀，生产硅棒。从而，减少了次废品生成的可能，保证了产品质量，没有次废品，也可以说是提高了产量。原料气通过水平环管，经七个喷嘴分别进入炉体内腔，各喷嘴的进气压力一致，气体流动阻力减小，在炉体横截面不变情况下，设备生产能力有所提高，产量有所增加。该多晶硅还原炉电极对数较多，单台炉子的产量提高很多，同时，大幅度降低能耗，最终，大大降低了多晶硅的生产成本。该多晶硅还原炉与介质接触处采用不锈钢(S.S.)，非介质接触材料采用碳钢，大大节约材料成本。经合理的优化分布与规划，该十五对棒还原炉可采用与十二对棒还原炉炉体相当的规格大小与空间，但容纳的硅棒等内件多，从而节约成本。该十五对棒还原炉中硅芯电极及进气口的布置较十二对棒对棒还原炉合理紧凑，对硅芯电极的分布打破传统结构。十五对棒还原炉的硅芯电极采用三圈布置，且两圈之间交错连接以减小空间；同时电极空间上的紧凑分布及进气喷口的合理布置使进气阻力小，工作状态时发生的还原反应更充分，从而使多晶硅的生产效率提高。经流量核算，该十五对棒还原炉工作所需气体反应介质的供应管道可采用与十二对棒还原炉相当的管径规格，即供气量相当，而最终产生的多晶硅棒较十二对棒还原炉多了三对，也即较十二对棒还原炉的原料能耗降低，产量提高。冷却效果好：经热平衡计算，十五对棒还原炉炉体的冷却，从炉体壁厚、进出水管径、冷却导流板的位置、流道的大小与规格等方面配置合理，从而冷却效果好。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种多晶硅还原炉的主视图；

图2为本实用新型所提供的一种多晶硅还原炉的电极、进气喷嘴在底盘上分布的示意图。

图中：1.炉体冷却水腔出水口；2.夹套封头；3.多晶硅棒；4.炉体冷却水腔；5.炉体冷却导流板；6.炉体内筒；7.炉体夹套；8.炉体冷却水腔进水口；9.底盘；10.硅芯电极；10a.硅芯正电极；10b.硅芯负电极；11.电极连接导电板；12.反应气体进口水平环管；13.裙座；14.反应气体出口；15.底盘冷却水出口；16.反应气体进气连接管；17.反应气体进气连喷嘴；18.底盘下底板；19.底盘水冷却腔；20.底盘法兰；21.底盘上底板；22.容器法兰；23.炉体内腔体；24.观察视镜；25.内筒封头。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本实用新型所提供的一种多晶硅还原炉作进一步详细说明。

如图1所示，一种多晶硅还原炉，它包括炉体冷却水腔出水口1、多晶硅棒3、炉体冷却水腔4、炉体冷却导流板5、炉体内筒6、炉体夹套7、炉体冷却水腔进水口8、底盘9、硅芯电极10、电极连接导电板11、反应气体进口水平环管12、裙座13、反应气体出口14、底盘冷却水出口15、反应气体进气连接管16、反应气体进气喷嘴17、底盘下底板18、底盘水冷却腔19、底盘法兰20、底盘上底板21、容器法兰22、炉体内腔体23、观察视镜24、内筒封头25和夹套封头2。

炉体内筒6、焊接在炉体内筒6顶部的内筒封头25、焊接在炉体内筒6底部的容器法兰22通过快拆螺栓与容器法兰22底部连接的底盘9，且炉体内筒6、内筒封头25、容器法兰22和底盘9形成炉体内腔体23。炉体内筒6外套有炉体夹套7，炉体夹套7顶部焊接夹套封头2，炉体内筒6和炉体夹套7底部焊接在容器法兰22上，炉体内筒6、炉体夹套7、夹套封头2和容器法兰22形成炉体冷却水腔4。夹套封头2顶部中间设有与炉体冷却水腔4相通的炉体冷却水腔出水口1。炉体冷却水腔4内设有与炉体内筒6外壁焊接、与炉体夹套7内壁间留有1-2mm间隙的炉体冷却导流板5。观察视镜24设置在炉体内筒6和炉体夹套7的侧壁上、且能够观察到炉体内腔体23内部情况，炉体内筒6和炉体夹套7的侧壁从上至下分布三个观察视镜24。炉体夹套7的侧壁外底部设有与炉体冷却水腔4相通的炉体冷却水腔进水口8。

底盘9包括底盘上底板21、底盘法兰20、底盘下底板18、冷却水进口14和底盘冷却水出口15、反应气体进气连接管16和反应气体进气喷嘴17。底盘上底板21的底部与底盘法兰20焊接，底盘法兰20与底盘下底板18焊接，且底盘上底板21、底盘法兰20和底盘下底板18形成底盘水冷却腔19。冷却水进口14为双层套管，冷却水进口14的内层管一端贯穿底盘9上的底盘上底板21和底盘下底板18、且与炉体内腔体23相通，起反应气体出口的作用，冷却水进口14的外层管一端与底盘水冷却腔19相通，起到底盘冷却水进口的作用；冷却水进口14的另一端悬置在底盘下底板18底部。反应气体进气喷嘴17贯穿底盘9上的底盘上底板21和底盘下底板18，反应气体进气喷嘴17一端与炉体内腔体23相通，反应气体进气喷嘴17另一端通过反应气体进气连接管16与反应气体进口水平环管12相通。整个炉体安装在裙座13上。

倒置的U形多晶硅棒3的正电极10a、负电极10b分别与其下部的一个硅芯电极10连接，硅芯电极10贯穿底盘上底板21和底盘下底板18，与同一个多晶硅棒3连接的硅芯电极10的底部与一个电极连接导电板11连接。

如图2所示，底盘9上的硅芯电极10为十五对，一对电极含一个正电极10a和一个负电极10b。十五对电极在底盘9上沿三个圆周均布设置，即形成三圈电极。外圆周均匀设置九对电极，内圆周和中间圆周上分别均匀设置三对电极。每一周上的正电极10a和负电极10b均匀间隔设置。在中间圆周和内圆周上的电极逐一交错连接设置。反应气体进气喷嘴17共七个，其中，一个喷嘴17设置在底盘9中心位置，其余六个喷嘴17位于外圆周电极和中间圆周电极之间，且喷嘴17方位与内圆周上电极的分布一致，同时六个喷嘴沿同一圆周均布设置在底盘9上。冷却水进口14、同时也是反应气体出口，设置在邻近底盘9中心的位置处，即偏离底盘9中心位置。

在炉体上的内筒6和夹套7之间设有炉体冷却水腔4以降低炉体内筒6的壁温，冷却腔进水口8设置在炉体的下部，冷却腔出水口1设置在夹套封头2上，冷却水从冷却腔进水口8进入炉体冷却水腔4，从冷却腔出水口1流出；炉体上共设置有三个观察视镜24，采用独特的双层玻璃结构，以方便观察多晶硅棒3底部内外圈硅棒的生长过程。底盘9是水冷式结构，其上设置有冷却水腔19、冷却水进口14和冷却水出口15。整个炉体安装在裙座13上。进气管路主要由水平环管12和七个喷嘴17经连接管16连通构成。

Claims (3)

1.一种多晶硅还原炉，它包括带有冷却水腔的炉体、底盘、底盘下的进气管和排气管、硅棒和底盘上的电极，其特征在于：所述的炉体包括炉体内筒(6)、焊接在炉体内筒(6)顶部的内筒封头(25)、焊接在炉体内筒(6)底部的容器法兰(22)和通过快拆螺栓与容器法兰(22)底部连接的底盘(9)，且炉体内筒(6)、内筒封头(25)、容器法兰(22)和底盘(9)形成炉体内腔体(23)，炉体内筒(6)外套有炉体夹套(7)，炉体夹套(7)顶部焊接夹套封头(26)，炉体内筒(6)和炉体夹套(7)底部焊接在容器法兰(22)上，炉体内筒(6)、炉体夹套(7)、夹套封头(26)和容器法兰(22)形成炉体冷却水腔(4)；底盘(9)上的硅芯电极(10)为十五对，一对电极含一个正电极(10a)和一个负电极(10b)，十五对电极在底盘(9)上沿三个圆周均布设置，即形成三圈电极，外圆周均匀设置九对电极，内圆周和中间圆周上分别均匀设置三对电极，每一周上的正电极(10a)和负电极(10b)均匀间隔设置，在中间圆周和内圆周上的电极逐一交错连接设置。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征在于：所述的炉体冷却水腔(4)内设有与炉体内筒(6)外壁焊接、与炉体夹套(7)内壁间留有间隙的炉体冷却导流板(5)，炉体内筒(6)和炉体夹套(7)的侧壁从上至下分布三个观察视镜(24)，从观察视镜(24)够观察到炉体内腔体(23)内硅棒(3)的整体情况，炉体夹套(7)的侧壁外底部设有与炉体冷却水腔(4)相通的炉体冷却水腔进水口(8)，夹套封头(26)顶部中间设有与炉体冷却水腔(4)相通的炉体冷却水腔出水口(1)。

3.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征在于：所述的底盘(9)包括底盘上底板(21)、底盘法兰(20)、底盘下底板(18)、冷却水进口(14)和底盘冷却水出口(15)，底盘上底板(21)的底部与底盘法兰(20)焊接，底盘法兰(20)与底盘下底板(18)焊接，且底盘上底板(21)、底盘法兰(20)和底盘下底板(18)形成底盘水冷却腔(19)，冷却水进口(14)为双层套管，冷却水进口(14)的内层管一端贯穿底盘上底板(21)和底盘下底板(18)、且与炉体内腔体(23)相通，起反应气体出口的作用，冷却水进口(14)的外层管一端与底盘水冷却腔(19)相通，起到冷却水进口的作用；冷却水进口(14)的另一端悬置在底盘下底板(18)底部；反应气体进气喷嘴(17)共七个，其中，一个喷嘴(17)设置在底盘(9)中心位置，其余六个喷嘴(17)位于外圆周电极和中间圆周电极之间，且喷嘴(17)方位与内圆周上电极的分布一致，同时六个喷嘴沿同一圆周均布设置在底盘(9)上，冷却水进口(14)、同时也是反应气体出口，设置在邻近底盘(9)中心的位置处。

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